高中物理魯科版4第四章光的折射與全反射第3節(jié)光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用 全市獲獎(jiǎng)

第2節(jié)光的全反射第3節(jié)光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用課標(biāo)解讀重點(diǎn)難點(diǎn)1.理解光的全反射現(xiàn)象，能解釋與全反射有關(guān)的一些現(xiàn)象.2.知道全反射的條件，能應(yīng)用全反射條件解決有關(guān)問題.3.初步了解光導(dǎo)纖維的工作原理和光纖在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用．1.全反射的條件及解決實(shí)際問題．(重點(diǎn))2.全反射棱鏡．(重點(diǎn))3.應(yīng)用全反射條件解決有關(guān)問題，解釋有關(guān)現(xiàn)象．(難點(diǎn))課前自主學(xué)習(xí)知識(shí)1：全反射及其產(chǎn)生條件1.基本知識(shí)(1)全反射光從玻璃射入到空氣中時(shí)，折射角大于入射角，當(dāng)入射角增大到一定程度時(shí)，折射光線完全消失，全部光線都被反射回玻璃內(nèi)，這種現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象．(2)臨界角剛好發(fā)生全反射，(即折射角等于90°)時(shí)的入射角．用字母C表示．(3)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)兩種介質(zhì)比較，折射率較小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)，折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)．(4)全反射的條件①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．②入射角大于等于臨界角．(5)臨界角與折射率的關(guān)系①定量關(guān)系：光由介質(zhì)射入空氣(或真空)時(shí)，sinC＝eq\f(1,n)(公式)．②定性關(guān)系：介質(zhì)折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越小，越容易發(fā)生全反射．2．思考判斷(1)光密介質(zhì)、光疏介質(zhì)是指介質(zhì)的密度大?。?×)(2)光密介質(zhì)，是指介質(zhì)的折射率大，密度不一定大．(√)(3)只要是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，就一定發(fā)生全反射．(×)3．探究交流臨界角與折射率的關(guān)系式sinC＝eq\f(1,n)是否適用于光從任意光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)的情況？【提示】不適用．該公式只適用于光從光密介質(zhì)射入空氣(或真空)時(shí)的情況．知識(shí)2：對(duì)全反射現(xiàn)象的解釋1.基本知識(shí)(1)解釋全反射現(xiàn)象①水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，是由于光射到氣泡上發(fā)生了全反射．②在沙漠里，接近地面的熱空氣的折射率比上層空氣的折射率小，從遠(yuǎn)處物體射向地面的光線的入射角大于臨界角時(shí)發(fā)生全反射，人們就會(huì)看到遠(yuǎn)處物體的倒景．(2)全反射棱鏡①形狀：截面為直角等腰三角形的棱鏡．②光學(xué)特性a．當(dāng)光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時(shí)，光在截面的斜邊上發(fā)生全反射，光射出棱鏡時(shí)，傳播方向改變了90°，如圖4－2－1所示．圖4－2－1b．當(dāng)光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時(shí)，在兩個(gè)直角邊上各發(fā)生全反射，光射出棱鏡時(shí)，傳播方向改變了180°，如圖4－2－2所示．圖4－2－2(3)光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用①原理：利用了全反射．②構(gòu)造：光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外層透明介質(zhì)兩層組成．內(nèi)芯的折射率比外層的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外層的界面上發(fā)生全反射．③主要優(yōu)點(diǎn)：容量大、能量損耗小、抗干擾能力強(qiáng)，保密性好等．2．思考判斷(1)在沙漠里看到的蜃景是一種全反射現(xiàn)象．(√)(2)光纖一般由折射率小的玻璃內(nèi)芯和折射率大的外層透明介質(zhì)組成．(×)3．探究交流能否用折射率為的透明材料制成截面為等腰直角三角形的全反射棱鏡？【提示】sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(1,＝eq\f(4,5)＞eq\f(\r(2),2)，即C＞45°，不能發(fā)生全反射，故不能用此透明材料制成截面為等腰直角三角形的全反射棱鏡．課堂互動(dòng)探究探究1：全反射的理解【問題導(dǎo)思】1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是根據(jù)什么劃分的？2．全反射現(xiàn)象的發(fā)生條件及規(guī)律怎樣？1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解，不同介質(zhì)的折射率不同，我們把折射率較小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)，折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)．(1)對(duì)光路的影響根據(jù)折射定律，光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)(例如由空氣射入水)時(shí)，折射角小于入射角；光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)(例如由水射入空氣)時(shí)，折射角大于入射角．(2)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較光的傳播速度折射率光疏介質(zhì)大小光密介質(zhì)小大(3)相對(duì)性光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對(duì)的．任何兩種透明介質(zhì)都可以通過比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判定誰(shuí)是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)．2．全反射現(xiàn)象光由光密介質(zhì)射入到光疏介質(zhì)中時(shí)，折射角大于入射角，當(dāng)入射角增大到一定程度時(shí)，折射光線完全消失，全部光線都被反射回原介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱全反射．(1)全反射的條件①光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)．②入射角大于等于臨界角．(2)全反射遵循的規(guī)律發(fā)生全反射時(shí)，光全部返回原介質(zhì)，入射光與反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光線，光的折射定律不再適用．(3)從能量角度來理解全反射：當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，隨著入射角增大，折射角也增大．同時(shí)折射光線強(qiáng)度減弱，即折射光線能量減小，反射光線強(qiáng)度增強(qiáng)，能量增加，當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí)，折射光線強(qiáng)度減弱到零，反射光的能量等于入射光的能量．(4)臨界角①定義：剛好發(fā)生全反射(即折射角為90°)時(shí)的入射角稱為全反射的臨界角，用C表示．②表達(dá)式：光由折射率為n的介質(zhì)射向真空或空氣時(shí)，若剛好發(fā)生全反射，則折射角恰好等于90°，n＝eq\f(sin90°,sinC)，即sinC＝eq\f(1,n).③不同色光的臨界角：不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí)，頻率越高的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射．特別提醒1．光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是對(duì)確定的兩種介質(zhì)而言的，只對(duì)一種介質(zhì)，無法確定它是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì)．2．分析光的全反射時(shí)，關(guān)鍵是根據(jù)臨界條件畫出恰好發(fā)生全反射的光路圖，再利用幾何知識(shí)分析邊角關(guān)系．3．當(dāng)發(fā)生全反射時(shí)，仍遵循光的反射定律及光的可逆性．例題1：在厚度為d、折射率為n的大玻璃板下表面，有一個(gè)半徑為r的圓形發(fā)光面．為了從玻璃板的上方看不見這個(gè)圓形發(fā)光面，可在玻璃板的上表面貼一塊圓形紙片，問所貼紙片的最小半徑應(yīng)為多大？【審題指導(dǎo)】正確畫出光路圖后，根據(jù)全反射條件及幾何知識(shí)求解．【解析】根據(jù)題意，光路圖如圖所示，圖中S點(diǎn)為圓形發(fā)光面邊緣上的一點(diǎn)．由該點(diǎn)發(fā)出的光線能射出玻璃板的范圍由臨界光線SA確定，當(dāng)入射角大于臨界角C時(shí)，光線就不能射出玻璃板了．圖中Δr＝dtanC＝deq\f(sinC,cosC)，而sinC＝eq\f(1,n)，則cosC＝eq\f(\r(n2－1),n)，所以Δr＝eq\f(d,\r(n2－1)).故應(yīng)貼圓紙片的最小半徑R＝r＋Δr＝r＋eq\f(d,\r(n2－1)).【答案】r＋eq\f(d,\r(n2－1))練習(xí)圖4－2－31．(多選)如圖4－2－3所示，ABCD是兩面平行的透明玻璃磚，AB面和CD面平行，它們分別是玻璃和空氣的界面，設(shè)為界面M和界面N，光線從界面M射入玻璃磚，再?gòu)慕缑鍺射出，回到空氣中，如果改變光到達(dá)界面M時(shí)的入射角，則()A．只要入射角足夠大，光線在界面M上就可能發(fā)生全反射現(xiàn)象B．只要入射角足夠大，光線在界面N上就可能發(fā)生全反射現(xiàn)象C．不管入射角多大，光線在界面M上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D．不管入射角多大，光線在界面N上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象【解析】在界面M，光由空氣進(jìn)入玻璃磚，是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，不管入射角多大，都不發(fā)生全反射現(xiàn)象，則選項(xiàng)C正確；在界面N，光由玻璃進(jìn)入空氣，是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，但是，由于界面M和界面N平行，光由界面M進(jìn)入玻璃后再達(dá)到界面N，在界面N上的入射角等于在界面M上的折射角．因此入射角總是小于臨界角，因此也不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，選項(xiàng)D也正確；綜上可知，選項(xiàng)C、D正確．【答案】CD探究2：光導(dǎo)纖維【問題導(dǎo)思】1．光導(dǎo)纖維的工作原理是什么？2．光導(dǎo)纖維中的外層的折射率至少多大？1．構(gòu)造及傳輸原理圖4－2－4光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1～100μm左右．如圖4－2－4所示，它是由內(nèi)芯和外層兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外層的折射率，光由一端進(jìn)入，在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射，從另一端射出．光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳播光，光信號(hào)又可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)而變?yōu)槁曇?、圖像．如果把許多(上萬根)光導(dǎo)纖維合成一束，并使兩端的纖維按嚴(yán)格相同的次序排列，就可以傳輸圖像．圖4－2－52．光導(dǎo)纖維的折射率設(shè)光導(dǎo)纖維的折射率為n，當(dāng)入射光線的入射角為θ1時(shí)，進(jìn)入端面的折射光線傳到側(cè)面時(shí)恰好發(fā)生全反射，既θ＝C，如圖4－2－5所示，則有：sinC＝eq\f(1,n)，n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，C＋θ2＝90°由以上各式可得sinθ1＝eq\r(n2－1).由圖可知：當(dāng)θ1增大時(shí)，θ2增大，而從纖維射向空氣中光線的入射角θ減小，當(dāng)θ1＝90°時(shí)，若θ＝C，則所有進(jìn)入纖維中的光線都能發(fā)生全反射，即有sin90°＝eq\r(n2－1)，解得n＝eq\r(2).以上是光從纖維射向真空時(shí)得到的折射率．由于光導(dǎo)纖維包有外套，因此光導(dǎo)纖維的折射率要比eq\r(2)大些．例題2圖4－2－6(2023·海淀區(qū)高二檢測(cè))如圖4－2－6所示，是兩個(gè)城市間的光纜中的一條光導(dǎo)纖維的一段，光纜總長(zhǎng)為L(zhǎng)，它的玻璃芯的折射率為n1，外層材料的折射率為n2.若光在空氣中的傳播速度近似為c，則對(duì)于光由它的一端射入經(jīng)多次全反射后從另一端射出的過程中，則下列判斷中正確的是()A．n1＜n2，光通過光纜的時(shí)間等于eq\f(n1L,c)B．n1＜n2，光通過光纜的時(shí)間大于eq\f(n1L,c)C．n1＞n2，光通過光纜的時(shí)間等于eq\f(n1L,c)D．n1＞n2，光通過光纜的時(shí)間大于eq\f(n1L,c)【審題指導(dǎo)】光導(dǎo)纖維是依靠光的全反射而將光傳播出去，要使光在各界面發(fā)生全反射，則光與各界面入射角都要大于或等于臨界角．【解析】光從光密質(zhì)射入光疏質(zhì)，才可能發(fā)生全反射，故n1＞n2；光在內(nèi)芯傳播的路程s＝eq\f(L,sinθ)，光在內(nèi)芯的傳播速度v＝eq\f(c,n1)，所以t＝eq\f(s,v)＝eq\f(n1L,csinθ)，故D正確．【答案】D2．光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖4－2－7所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播．以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是()圖4－2－7A．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B．內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射C．內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射D．內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護(hù)作用【解析】光導(dǎo)纖維是利用光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)發(fā)生全反射的原理來傳遞光信號(hào)的，A正確．【答案】A探究3：綜合解題方略——全反射的應(yīng)用(多選)如圖4－2－8所示，一束平行光從真空射向一塊半圓形的玻璃磚，下列說法正確的是()圖4－2－8A．只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線不能通過玻璃磚B．只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線能通過玻璃磚C．通過圓心的光線將沿直線穿過玻璃磚不發(fā)生偏折D．圓心兩側(cè)一定范圍外的光線將在曲面產(chǎn)生全反射【審題指導(dǎo)】(1)理解發(fā)生全反射的條件：①光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；②入射角大于臨界角．(2)作出光路圖，熟練應(yīng)用幾何知識(shí)分析．【規(guī)范解答】垂直射向界面的光線不偏折，因而光束沿直線平行射到半圓面上．其中通過圓心的光線將沿直線穿過不發(fā)生偏折，入射角為零．由中心向外的光線，在半圓面上進(jìn)入真空時(shí)的入射角逐漸增大并趨近90°角，折射角一定大于入射角，所以一定會(huì)發(fā)生全反射．【答案】BCD應(yīng)用全反射解決實(shí)際問題的基本方法1．確定光是從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)．2．若光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，則根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)確定臨界角，看是否發(fā)生全反射．3．根據(jù)題設(shè)條件，畫出入射角等于臨界角的“臨界光路”．4．運(yùn)用幾何關(guān)系、三角函數(shù)關(guān)系、反射定律等進(jìn)行判斷、推理、運(yùn)算及變換，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或定量計(jì)算．【備課資源】(教師用書獨(dú)具)光纖通信發(fā)展新趨勢(shì)從當(dāng)前光纖通信發(fā)展的新趨勢(shì)中，不難看出我國(guó)通信產(chǎn)業(yè)追趕國(guó)際先進(jìn)水平的腳步．(1)容量不斷擴(kuò)大當(dāng)前商用TDM(時(shí)分復(fù)用)系統(tǒng)的速率已達(dá)10Gb/s，可以攜帶12萬條活路，TDM40Gb/s系統(tǒng)已進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用．但是TDM速率的提高受電子器件速率極限的限制，因此，波分復(fù)用(WDM)成為網(wǎng)絡(luò)升級(jí)、增加容量的必由之路．目前，實(shí)用化DWDM(密集波分復(fù)用)系統(tǒng)的最大波道數(shù)已達(dá)80個(gè)，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)系統(tǒng)的最大波道數(shù)達(dá)1022個(gè)，系統(tǒng)最大容量為Tb/s.采用光時(shí)分復(fù)用(OTDM)與波分復(fù)用相結(jié)合，還可以實(shí)現(xiàn)更高速率傳輸．烽火通信科技正在加大力度開發(fā)高速通信系統(tǒng).10Gb/s系統(tǒng)已研究成功，8×Gb/sDWDM系統(tǒng)已用于濟(jì)南—青島國(guó)家一級(jí)干線，16×Gb/sDWDM已用于浙江，32×Gb/s系統(tǒng)即將用于中國(guó)電信網(wǎng)，16×10Gb/s系統(tǒng)已完成實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)．這些成果已接近國(guó)際先進(jìn)水平．(2)光傳送網(wǎng)預(yù)計(jì)在未來的10年內(nèi)的超高速網(wǎng)絡(luò)中，若繼續(xù)采用原來網(wǎng)絡(luò)的DXC設(shè)備，節(jié)點(diǎn)設(shè)備將變得復(fù)雜且實(shí)現(xiàn)難度很大，超高速帶來的經(jīng)濟(jì)效益將被反復(fù)轉(zhuǎn)接所抵消，唯一的解決方法是走向光傳送網(wǎng)．光傳送網(wǎng)已經(jīng)成為繼SDH網(wǎng)絡(luò)以后的又一次新的光通信發(fā)展高潮．其關(guān)鍵技術(shù)是DWDM傳輸、光放大、光節(jié)點(diǎn)處理及多信道管理技術(shù)等．國(guó)外已研制出256×256全光交叉連接設(shè)備，烽火通信科技已研制出光分插復(fù)用器．(3)新一代光纖面對(duì)超高速、超大容量、超長(zhǎng)傳輸距離的新形勢(shì)，傳統(tǒng)的G652單模光纖已暴露出力不從心，因色散限制了系統(tǒng)的中繼距離和速率．新一代的非零色散位移單模光(G655)同時(shí)解決了色散受限和非線性的四波混頻問題，代表了光纖發(fā)展的方向．全波光纖在1280～1625nm范圍內(nèi)全部波長(zhǎng)都能傳輸光信號(hào)，是城域網(wǎng)短距離超大容量密集波分復(fù)用系統(tǒng)的理想傳輸媒介．烽火通信科技的G655光纖光纜已投放市場(chǎng)．(4)寬帶光纖接入網(wǎng)信息時(shí)代對(duì)電信的要求，除了提供窄帶話音和低速數(shù)據(jù)外，還要求提供高速寬帶業(yè)務(wù)．因此現(xiàn)在建設(shè)的接入網(wǎng)一方面要滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)的需要，另一方面還要便于向?qū)拵I(yè)務(wù)升級(jí)．烽火通信的IBAS可以動(dòng)態(tài)分配帶寬，是一種較好的寬帶接入平臺(tái)．在寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的初期，采用FTTC/B將光纖引入用戶附近，利用已有的銅線雙絞線和xDSL技術(shù)，將寬帶信號(hào)送入用戶是一種經(jīng)濟(jì)的方案．IPoverWDM/Optical因特網(wǎng)的爆炸式發(fā)展，使得IP技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)電信網(wǎng)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的沖擊．未來的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)是一個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)對(duì)話音業(yè)務(wù)應(yīng)保持不低于現(xiàn)有的質(zhì)量．很顯然，現(xiàn)有的電路交換網(wǎng)不能勝任，現(xiàn)有的IP網(wǎng)也非理想的選擇．從技術(shù)上看，目前人們正在探索IP與ATM、IP與SDH、IP與WDM相結(jié)合的方式來解決傳統(tǒng)因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)的缺陷．武漢郵電科學(xué)研究院的IPoverSDH提案直接面向因特網(wǎng)核心層和邊緣層，成為我國(guó)在國(guó)際電聯(lián)的第一個(gè)提案．從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，當(dāng)IP業(yè)務(wù)量逐步增加時(shí)，可能實(shí)現(xiàn)所謂的IPoverWDM/Optical，然而這是一個(gè)較長(zhǎng)的過程．

當(dāng)堂達(dá)標(biāo)測(cè)試1．(多選)關(guān)于全反射，下列說法中正確的是()A．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)可能產(chǎn)生全反射B．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)可能產(chǎn)生全反射C．光從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時(shí)可能產(chǎn)生全反射D．光從傳播速度小的介質(zhì)射向傳播速度大的介質(zhì)時(shí)可能產(chǎn)生全反射【解析】由發(fā)生全反射的條件知A、C、D正確．【答案】ACD2．光線在玻璃和空氣的界面上發(fā)生全反射的條件是()A．光從玻璃射到分界面上，入射角足夠小B．光從玻璃射到分界面上，入射角足夠大C．光從空氣射到分界面上，入射角足夠小D．光從空氣射到分界面上，入射角足夠大【解析】光從玻璃射向空氣，當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也隨之增大，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射角等于90°，繼續(xù)增大入射角，則會(huì)發(fā)生全反射，故B正確．【答案】B3．(多選)光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高質(zhì)量的通信服務(wù)．目前，我國(guó)正在大力建設(shè)高質(zhì)量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡(luò)．下列說法正確的是()A．光纖通信利用光作為載體來傳遞信息B．光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光的全反射原理C．光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光的色散原理D．目前廣泛應(yīng)用的光導(dǎo)纖維是一種非常細(xì)的特制玻璃絲【解析】根據(jù)光導(dǎo)纖維的工作原理可知A、B、D正確．【答案】ABD4．某介質(zhì)對(duì)空氣的折射率為，一束光從介質(zhì)射向空氣，入射角為60°.下圖中的正確光路圖是()【解析】光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，其臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(1,＝，而sin60°＝，i＝60°＞C，發(fā)生全反射，故D正確．【答案】D5．(2023·泉州高二檢測(cè))如圖畫的是光線由空氣進(jìn)入全反射玻璃棱鏡，再由棱鏡射入空氣的光路圖．指出哪種情況是可以發(fā)生的()【解析】光垂直等腰直角三角形的某直角邊射入玻璃棱鏡時(shí)，在斜邊發(fā)生全反射，故A正確．【答案】A課后練習(xí)1．關(guān)于全反射，下列說法中正確的是()A．發(fā)生全反射時(shí)，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線B．光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象C．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D．水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面發(fā)生全反射【解析】全反射是當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于等于臨界角時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，發(fā)生全反射時(shí)全部光線均不進(jìn)入光疏介質(zhì)．【答案】CD2．(多選)下列說法中正確的是()A．因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?，所以水是光密介質(zhì)B．因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎剩运畬?duì)酒精來說是光疏介質(zhì)C．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小【解析】光在各種介質(zhì)中的傳播速度和介質(zhì)相對(duì)真空的折射率都是不同的．兩種介質(zhì)相比較光在其中傳播速度大，而折射率小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)；光在其中傳播速度小，而折射率大的介質(zhì)叫光密介質(zhì)．【答案】BD3．光在某種介質(zhì)中傳播的速度為×108m/s，光從此介質(zhì)射向空氣并發(fā)生全反射時(shí)的臨界角是()A．15° B．30°C．45° D．60°【解析】sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(v,c)＝eq\f×108,3×108)＝eq\f(1,2).故C＝30°.【答案】B4．(多選)光從介質(zhì)a射向介質(zhì)b，如果要在a、b介質(zhì)的分界面上發(fā)生全反射，那么必須滿足的條件是()A．光在介質(zhì)a中的速度必須大于介質(zhì)b中的速度B．a(chǎn)是光密介質(zhì)，b是光疏介質(zhì)C．光的入射角必須大于或等于臨界角D．必須是紫光【解析】發(fā)生全反射，則入射角必須大于或等于臨界角．由v＝eq\f(c,n)，折射率大的，在介質(zhì)中的傳播速度小，根據(jù)全反射的條件，則a是光密介質(zhì)，折射率大、在介質(zhì)中的傳播速度?。蔅、C正確．【答案】BC圖4－2－95．(多選)一束光從空氣射向折射率為n＝eq\r(2)的某種玻璃的表面，如圖4－2－9所示，i代表入射角，則()A．當(dāng)i＞45°時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象B．無論入射角i是多大，折射角r都不會(huì)超過45°C．欲使折射角r＝30°，應(yīng)以i＝45°的角入射D．當(dāng)入射角i＝arctaneq\r(2)時(shí)，反射光線跟折射光線恰好互相垂直【解析】由于光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，所以不會(huì)發(fā)生全反射，A項(xiàng)錯(cuò)，B對(duì)；由折射定律計(jì)算可知C、D兩項(xiàng)正確．【答案】BCD6．自行車上的紅色尾燈不僅是裝飾品，也是夜間騎車的安全指示燈，它能把來自后面的光照反射回去．某種自行車尾燈可簡(jiǎn)化為由許多整齊排列的等腰直角棱鏡(折射率n>eq\r(2))組成，棱鏡的橫截面如圖4－2－10所示．一平行于橫截面的光線從O點(diǎn)垂直AB邊射入棱鏡，先后經(jīng)過AC邊和CB邊反射后．從AB邊的O′點(diǎn)射出，則出射光線是()圖4－2－10A．平行于AC邊的光線①B．平行于入射光線的光線②C．平行于CB邊的光線③D．平行于AB邊的光線④【解析】作出光路圖，根據(jù)幾何知識(shí)可知：入射光線經(jīng)過互相垂直的兩個(gè)鏡面反射后，方向改變180°，B項(xiàng)正確．【答案】B7．(2023·福建高考)如圖4－2－11所示，半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方．一束白光沿半徑方向從A點(diǎn)射入玻璃磚，在O點(diǎn)發(fā)生反射和折射，折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶．若入射點(diǎn)由A向B緩慢移動(dòng)，并保持白光沿半徑方向入射到O點(diǎn)，觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失．在光帶未完全消失之前，反射光的強(qiáng)度變化以及光屏上最先消失的光分別是()圖4－2－11A．減弱，紫光 B．減弱，紅光C．增強(qiáng)，紫光 D．增強(qiáng)，紅光【解析】光在傳播時(shí)隨入射角增大，反射光能量增強(qiáng)，折射光能量減少．根據(jù)能量守恒定律可知，當(dāng)折射光線變?nèi)趸蛳r(shí)反射光線的強(qiáng)度將增強(qiáng)，故A、B兩項(xiàng)均錯(cuò)；在七色光中紫光頻率最大且最易發(fā)生全反射，故光屏上最先消失的光是紫光，故C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤．【答案】C圖4－2－128．(2023·新課標(biāo)全國(guó)高考)如圖4－2－12所示，一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角△ABC，∠A為直角．此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊，進(jìn)入棱鏡后直接射到AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射．該棱鏡材料的折射率為()\f(\r(6),2) \r(2)\f(3,2) \r(3)【解析】設(shè)三棱鏡的折射率為n，如圖所示，由折射定律得n＝eq\f(sini,sinr)又n＝eq\f(1,sinC)，i＝45°，r＋C＝90°由以上各式解得：n＝eq\f(\r(6),2)，A對(duì)．【答案】A9．有兩種介質(zhì)，甲介質(zhì)對(duì)空氣的臨界角為60°，乙介質(zhì)對(duì)空氣的臨界角為45°，則它們相比較，________介質(zhì)是光疏介質(zhì)，光從________介質(zhì)射向______介質(zhì)時(shí)有可能發(fā)生全反射．【解析】據(jù)sinC＝eq\f(1,n)可知，臨界角越大，折射率越小，則為光疏介質(zhì)，所以甲介質(zhì)為光疏介質(zhì)；由全反射的條件知，由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)才會(huì)發(fā)生全反射，所以由乙介質(zhì)射向甲介質(zhì)時(shí)有可能發(fā)生全反射．【答案】甲乙甲圖4－2－1310．(2023·山東高考)如圖4－2－13所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧形狀，一細(xì)束單